"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
10 самых необычных способов получения электроэнергии
Ископаемые ресурсы рано или поздно закончатся, а вот потребности человеческой цивилизации в электрической энергии — никогда. Именно по этой причине ученые всего мира ни на миг не прекращают поиски альтернативных, желательно возобновляемых, источников электрической энергии, а также методов, позволяющих уже имеющуюся энергию сэкономить.
Далее мы рассмотрим десять идей, относящихся как к генерации электрической энергии необычными способами, так и к сбережению уже имеющейся энергии.
1. Шаги по полу на железнодорожной станции - дополнительный источник энергии
Кого-кого, а прагматичных японцев точно никак нельзя уличить в нелюбви к железнодорожному транспорту. Их страна сплошь покрыта железнодорожными путями. Каждый год более 20 миллиардов пассажиров заходят на станции и покидают их, образуя плотный нескончаемый поток бодро шагающих людей.
Конечно же, турникеты станций метро было предложено оснастить индивидуальными генераторами. Так, несколько лет назад, на одной из железнодорожных станций Токио в районе Сибуя, являющемся крупным коммерческим и финансовым районом столицы, а заодно и местом расположения самой загруженной в мире железнодорожной станции, была запущена экспериментальная система.
Система включала в себя встроенные в пол под турникетами пьезоэлектрические генераторы, которые от вибраций и давления, порождаемых шагающими по ним людьми, генерировали бы электроэнергию и снабжали ей потребители электричества на станции. Проект оказался довольно успешным.
2. Идешь через дверцу - турникет — поделись энергией своей
Китай и Нидерланды давно взяли на энергетическое вооружение вращающиеся дверцы - турникеты своих многочисленных торговых центров. Это раньше дверца — турникет автоматически начинала поворачиваться посредством встроенного в нее электропривода, стоило лишь человеку появиться в зоне действия связанного с ней фото-датчика.
Но кое-где уже все стало более цинично: посетитель торгового центра вынужден самостоятельно толкать дверь — турникет, вращая всю конструкцию собственными силами, при этом механическая мощность передается на генератор.
Так, в одном из торговых центров Нидерландов, в популярном местном кафе, установлен турникет с генератором, за год позволяющий получить от людского потока (в качестве возобновляемого источника) несколько киловатт-часов дополнительной электрической энергии.
3. Ходишь пешком — генерируй электричество
Технология, о которой пойдет речь далее, была масштабно опробована в 2012 году в Лондоне, во время летней олимпиады. Проект генерирующей электроэнергию тротуарной плитки был реализован на нескольких главных туристических маршрутах британской столицы. Тогда около 5,5 кВт-ч электрической мощности было получено из механической энергии шагов за две недели. Этой энергии хватило для питания освещения на нескольких улицах.
Суть в том, что от шага человеческой ноги плитка проседает примерно на 5 миллиметров, что позволяет встроенному в нее генератору вырабатывать электричество. Энергия поступает напрямую в систему освещения (витрин, вывесок, остановок), либо накапливается в аккумуляторе для использования полученной энергии в будущем.
Поверхность плитки изготовлена из переработанных автомобильных покрышек. Шутка ли, несколько десятков тысяч шагов принимает на себя за день более-менее оживленная улица большого туристического города.
4. Лежачий полицейский как альтернативный источник энергии
Дорожная рампа, способная генерировать электроэнергию под действием веса переезжающего через нее автомобиля, изобретенная Питером Хьюзом, впервые была опробована летом 2009 года на автостоянке возле одного из британских супермаркетов.
Получаемой энергии оказалось достаточно для непрерывного питания всех касс заведения. Так, в зависимости от веса автомобиля, проезжающего через рампу, она может производить до 30 кВт электроэнергии (в течение промежутка времени, пока ее переезжают колеса транспортного средства).
В частности, будучи установлена в качестве лежачего полицейского на проезжей части городской улицы с активным дорожным движением, такая рампа (в сочетании с аккумулятором) могла бы непрерывно питать светофор, подсветку дорожных знаков и уличное освещение. Ведь за день в большом городе через один лежачий полицейский проезжает более тысячи машин разного веса. В среднем для оживленной улицы это обернется несколькими десятками ватт электричества, генерируемого непрерывно.
5. Электроэнергия от процесса разложения органических отходов и сточных вод
Сточные воды, как известно, кишат бактериями, перерабатывающими органику и выделяющими углекислый газ. В процессе жизнедеятельности этих микроорганизмов, в объеме нечистот протекают определенные химические реакции, сопровождаемые движением электронов между атомами. Если должным образом направить эти электроны через цепь нагрузки, то получится полезная энергия.
Ученые из пенсильванского университета всерьез занялись решением этой задачи. Они изобрели своеобразную бактериальную топливную ячейку в виде пластиковой трубы с внутренним и наружным электродами. Прокачивая через такую ячейку нечистоты, ученые отметили появление ЭДС между ее электродами.
Потенциально технология может помочь очищать сточные воды в масштабах городов, параллельно производя электричество. В принципе, в качестве сточных вод для генерации здесь могут использоваться отходы от различных промышленных продовольственных производств.
Еще один пример полезного использования органических отходов — работа британского биолога Линн Маккаски. Она взяла отходы от производства на шоколадной фабрике и скормила их бактериям, которые поглощали сахар, выделяя при этом водород. Водород, в свою очередь, питал топливный элемент, генерирующий электроэнергию в количестве, достаточном для работы комнатного вентилятора.
6. Как превратить влагу из воздуха в электроэнергию
В Массачусетском университете при помощи бактерий Геобактер вырастили белковые структуры, способные работать в составе так называемого Air-gen — воздушного генератора. Пленку из белка толщиной в 7 мкм соединили с крошечными электродами. Задача такой пленки — впитывать влагу из воздуха, что в свою очередь приводит к появлению ЭДС между электродами.
Лучше всего белковый генератор работает при влажности воздуха около 45%, но в принципе он способен работать независимо от погоды: и на улице, и в помещении, и даже при низкой влажности, такой как в пустыне или в степи.
В лабораторных условиях ученым удалось получить напряжение в 0,5 вольт и ток плотностью 17 мкА на кв.см пленки. Данные результаты уже позволяют говорить о реальной перспективе использования таких генераторов для целей питания малых электронных приборов вроде фитнес-браслетов.
Есть мнение, что если ученым удастся создать краску для стен на основе данного состава, то жильцы домов получат себе в пользование прекрасный источник возобновляемой энергии.
7. Энергия электрического тока, получаемая из вибраций воздуха
Воздух никогда не находится в покое. Независимо от погодных условий, в нем всегда присутствуют колебания микронной амплитуды.
Много лет назад в компании Hitachi предложили исходить из идеи, что с помощью двух электродов, один из которых неподвижен, а другой — колеблется на пружине с небольшой амплитудой под действием колебаний воздуха, можно вырабатывать электроэнергию, ведь расстояние между электродами от колебаний одного из них изменяется, а значит изменяется энергия.
В устройстве размером 7 на 2,5 см исследователям удалось получить энергию мощностью 120 нановатт. Этого может быть вполне достаточно для питания сенсоров, например — дистанционно передающих данные раз в час.
8. Энергия от фоновых электромагнитных колебаний
Маломощные магнитные поля всегда сопровождают нас, когда мы находимся дома или в офисе. Источниками этих полей являются разного рода электрические токи (переменные и импульсные), питающие различные потребители и текущие по проводке. Исследователи из Пенсильванского университета придумали способ захвата и сбора энергии этих низкоуровневых полей.
Используя композитную структуру из материалов двух типов, - они сначала преобразовали (с помощью магнитострикционного материала) колебания магнитного поля — в механические колебания, и затем (с помощью пьезоэлектрического материала) механические колебания — в электрический ток.
Типичный преобразователь выглядят как кусок бумаги с размером стороны около 4 см. В условиях лаборатории, на расстоянии в 20 см от обогревателя, генератор выработал достаточно энергии для питания цифровых часов. В перспективе технология может быть полезна для применения в интеллектуальных зданиях с автономными сенсорными сетями.
9. Преобразование потенциальной энергии падающих капель воды — в электрическую энергию
Ученые из университета Гонконга разработали технологию преобразования кинетической энергии падающих капель воды (по сути — энергии капель в поле тяготения) - в электрическую энергию. Они использовали полевую транзисторную структуру, которая состояла из политетрафторэтиленовой пленки, размещенной на подложке из оксида индия и олова, а также алюминиевого электрода.
Капля воды ударяется о пленку, становится частью системы с замкнутым контуром, межфазный эффект преобразуется здесь в объемный с увеличением мгновенной плотности мощности. Одна капля весом 100 мг, падая с высоты 15 см, генерировала ЭДС в 140 В.
Ученым удалось продемонстрировать удельную мощность до 50,1 Вт/кв.м. Технология может быть реализована в любом подходящем применении, вплоть до зонта или палатки, генерирующих электрическую энергию от дождя в отсутствие солнца.
10. Электроэнергия из колебаний воды океана
Австралийская компания BioPower Systems разработала океаническую электростанцию BioWave, вырабатывающую энергию за счет подводных течений океана.
Идея возникла у разработчиков в результате наблюдения за океанскими водорослями, раскачивающимися от действия на них воды и ложащимися на дно при экстремальных течениях. Таким образом, это — природоподобная система, и вся установка действительно похожа на стебли водорослей с листьями.
Первые испытания у берегов Тасмании показали способность станции генерировать 250 кВт электроэнергии, после чего аналогичная станция заработала у берегов австралийского штата Виктория.
«Стебли» станции высотой 26 метров содержат внутри себя поршни, связанные с гидравлическим приводом, который вращает ротор генератора. Электроэнергия передается на берег по подводному кабелю при напряжении 3300 В. На берегу напряжение понижается до 415 В при помощи трансформатора.
